JP6908849B2 - Synchronous rectifier circuit and switching power supply - Google Patents
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Description
本発明は、同期整流回路及びスイッチング電源装置に関する。 The present invention relates to a synchronous rectifier circuit and a switching power supply device.
スイッチング電源装置は、AC(Alternating Current)/DC(Direct Current)コンバータまたは、DC/DCコンバータとして用いられている。
従来、1次側回路部(AC/DCコンバータではAC電源から電力を受ける側の回路部)と、2次側回路部(AC/DCコンバータではDC電圧を出力する側の回路部)とを、トランスを用いて電気的に絶縁し磁気的に接続するスイッチング電源装置がある。また、トランスの2次巻き線に生じる電圧波形を整流する回路として、2次巻き線に接続されたトランジスタ(以下2次側スイッチという場合もある)を用い、電圧波形に基づいたタイミングで2次側スイッチをオンまたはオフして整流を行う同期整流回路がある。なお、近年では、2次側スイッチの制御を精度よく行い、より変換効率を向上させるために、専用の制御IC(Integrated Circuit)などの制御回路が用いられることが多い。
The switching power supply device is used as an AC (Alternating Current) / DC (Direct Current) converter or a DC / DC converter.
Conventionally, the primary side circuit unit (the circuit unit on the side that receives power from the AC power supply in the AC / DC converter) and the secondary side circuit unit (the circuit unit on the side that outputs the DC voltage in the AC / DC converter) are separated. There is a switching power supply that is electrically isolated and magnetically connected using a transformer. Further, as a circuit for rectifying the voltage waveform generated in the secondary winding of the transformer, a transistor connected to the secondary winding (hereinafter, may be referred to as a secondary side switch) is used, and the secondary winding is performed at a timing based on the voltage waveform. There is a synchronous rectifier circuit that rectifies by turning the side switch on or off. In recent years, a control circuit such as a dedicated control IC (Integrated Circuit) is often used in order to control the secondary side switch with high accuracy and further improve the conversion efficiency.
ところで、スイッチング電源装置の動作モードには、電流不連続モード、電流臨界モード及び電流連続モードがある。電流不連続モードは、1次側回路部に含まれるスイッチング用のトランジスタ(以下1次側スイッチという場合もある)と2次側スイッチに流れる電流が、電流波形の各周期における一定期間、両方同時に0Aになるように、各スイッチを制御する動作モードである。電流臨界モードは、上記各スイッチに流れる電流が、電流波形の各周期における一点のタイミングで両方同時に0Aになるように、各スイッチを制御する動作モードである。電流連続モードは、上記各スイッチに流れる電流が両方同時に0Aになる期間やタイミングが存在しないように、各スイッチを制御する動作モードである。電流連続モードでは、他のモードよりも大きな出力電流が得られる。 By the way, the operation mode of the switching power supply device includes a current discontinuous mode, a current critical mode, and a current continuous mode. In the current discontinuity mode, the switching transistor (hereinafter sometimes referred to as the primary side switch) included in the primary side circuit section and the current flowing through the secondary side switch are both simultaneously for a certain period in each cycle of the current waveform. This is an operation mode in which each switch is controlled so as to be 0A. The current critical mode is an operation mode in which each switch is controlled so that the current flowing through each of the switches becomes 0A at the same time at one point in each cycle of the current waveform. The current continuous mode is an operation mode in which each switch is controlled so that there is no period or timing during which the currents flowing through the switches are both 0A at the same time. In the continuous current mode, a larger output current can be obtained than in other modes.
しかし、電流連続モードでは、2次側スイッチを介して負荷方向に電流が流れている状態で、1次側スイッチがオンすると、トランスによる磁気的な結合によって、2次側スイッチの2次巻き線に接続される側の端子の電圧が大きな正の値になる場合がある。このとき、2次側スイッチの動作遅れによって2次側スイッチがオン状態のままであると、2次側スイッチを介して、基準電位側に大きな電流が流れ、大きな電力損失が生じる。 However, in the current continuous mode, when the primary side switch is turned on while the current is flowing in the load direction through the secondary side switch, the secondary winding of the secondary side switch is caused by magnetic coupling by the transformer. The voltage of the terminal connected to may be a large positive value. At this time, if the secondary side switch remains in the ON state due to the operation delay of the secondary side switch, a large current flows to the reference potential side via the secondary side switch, and a large power loss occurs.
従来、1次側スイッチの動作を意図的に遅延させ、1次側スイッチと2次側スイッチとが同時にオンになることを避ける技術があった。 Conventionally, there has been a technique of intentionally delaying the operation of the primary side switch to prevent the primary side switch and the secondary side switch from being turned on at the same time.
1次側スイッチの動作を意図的に遅延させる従来の技術では、1次側スイッチと2次側スイッチが両方オフになるデッドタイムが生じる。電流連続モードを実現するため、このデッドタイムにおいても負荷側に電流が流れるように、2次側スイッチと並列にダイオードを接続すればよい。また、2次側スイッチとして、Si(シリコン)−MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)が用いられる場合、Si−MOSFET内に構造的に含まれるダイオード(ボディダイオード)がその機能を果たす。 In the conventional technique of intentionally delaying the operation of the primary side switch, a dead time occurs in which both the primary side switch and the secondary side switch are turned off. In order to realize the current continuous mode, a diode may be connected in parallel with the secondary side switch so that the current flows to the load side even in this dead time. When a Si (silicon) -MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) is used as the secondary switch, the diode (body diode) structurally contained in the Si-MOSFET fulfills its function. ..
ただ、ダイオードの順方向電圧は、オン時の2次側スイッチの両端電圧よりも大きいため、デッドタイムが長くなりダイオードに電流が流れる期間が長くなると、電力損失が大きくなる問題がある。 However, since the forward voltage of the diode is larger than the voltage across the secondary switch when it is turned on, there is a problem that the power loss becomes large when the dead time becomes long and the period in which the current flows through the diode becomes long.
1つの側面では、本発明は、スイッチング電源装置の電力損失を削減する同期整流回路、及びスイッチング電源装置を提供することを目的とする。 In one aspect, it is an object of the present invention to provide a synchronous rectifier circuit that reduces the power loss of a switching power supply and a switching power supply.
1つの実施態様では、同期整流方式のスイッチング電源装置に含まれるトランスの2次巻き線の一端に接続された第1の端子と、基準電位となる第2の端子と、第1の制御電圧が印加される第3の端子とを有し、前記第1の制御電圧に基づいてスイッチング動作を行う第1のトランジスタと、カソードが前記2次巻き線の一端に接続され、アノードが前記基準電位となるダイオードと、前記第1の端子の第1の電圧に基づいて、前記第1のトランジスタのスイッチング動作を制御する第2の制御電圧を出力する第1の制御回路と、前記トランスの1次巻き線の一端に接続される第2のトランジスタにおけるスイッチング動作を制御する第2の制御回路が出力する第3の制御電圧と、前記第2の制御電圧とに基づいて、前記第1の制御電圧を生成する制御電圧生成回路と、前記第1の電圧に基づいて前記ダイオードがオンするオン期間を検出し、前記オン期間が長いほど、前記第2の制御回路と前記第2のトランジスタとの間に設けられる遅延回路が前記第3の制御電圧を遅らせる遅延時間が短くなるように制御する遅延時間制御回路と、を有する同期整流回路が提供される。 In one embodiment, the first terminal connected to one end of the secondary winding of the transformer included in the synchronous rectification type switching power supply device, the second terminal serving as the reference potential, and the first control voltage are A first transistor having a third terminal to be applied and performing a switching operation based on the first control voltage, a cathode is connected to one end of the secondary winding, and an anode is connected to the reference potential. A diode, a first control circuit that outputs a second control voltage that controls the switching operation of the first transistor based on the first voltage of the first terminal, and a primary winding of the transformer. The first control voltage is set based on the third control voltage output by the second control circuit that controls the switching operation in the second transistor connected to one end of the wire and the second control voltage. The control voltage generation circuit to be generated and the on period during which the diode is turned on are detected based on the first voltage, and the longer the on period is, the more between the second control circuit and the second transistor. Provided is a synchronous rectifier circuit having a delay time control circuit for controlling the delay circuit provided to delay the third control voltage so that the delay time is shortened.
また、1つの実施態様では、スイッチング電源装置が提供される。 Also, in one embodiment, a switching power supply is provided.
1つの側面では、スイッチング電源装置の電力損失を削減できる。 On one side, the power loss of the switching power supply can be reduced.
以下、発明を実施するための形態を、図面を参照しつつ説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態のスイッチング電源装置及び同期整流回路の一例を示す図である。
Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings.
(First Embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing an example of a switching power supply device and a synchronous rectifier circuit according to the first embodiment.
スイッチング電源装置10は、AC/DCコンバータまたは、DC/DCコンバータとして用いられる。また、スイッチング電源装置10は、たとえば、POL(Point Of Load)電源として用いられ、数十〜数百アンペアの出力電流を流せるものである。 The switching power supply device 10 is used as an AC / DC converter or a DC / DC converter. Further, the switching power supply device 10 is used as, for example, a POL (Point Of Load) power supply, and can carry an output current of several tens to several hundreds of amperes.
スイッチング電源装置10は、1次側回路部に含まれる1次側制御回路(以下1次側制御ICという)11、遅延回路12、トランジスタ13を有する。なお、図1では、スイッチング電源装置10の1次側回路部のその他の要素については、図示が省略されている。スイッチング電源装置10がAC/DCコンバータとして用いられる場合には、交流電圧を整流する整流部などが1次側回路部に含まれる。
The switching power supply device 10 includes a primary side control circuit (hereinafter referred to as a primary side control IC) 11, a
さらに、スイッチング電源装置10は、1次側回路部と2次側回路部とを電気的に絶縁するとともに磁気的に結合するトランス14を有する。トランス14を有することで、スイッチング電源装置10は、1次側回路部または2次側回路部の一方で電気的な短絡が生じた場合、その影響が他方に伝わることを防止できる。2次側回路部には、同期整流回路15が含まれる。
Further, the switching power supply device 10 has a
なお、以下では、トランジスタ13は、nチャネル型のFET(Field effect transistor)であるものとする。FETには、たとえば、Si−MOSFETや、GaN(窒化ガリウム)を用いたFET、GaAs(ガリウムヒ素)を用いたFETなどがある。
In the following, it is assumed that the
1次側制御IC11は、電源電圧(図示が省略されている)を受け、所定の周波数(以下スイッチング周波数という)でトランジスタ13のスイッチング動作を制御するための制御電圧Vg1aを出力する。たとえば、1次側制御IC11は、スイッチング電源装置10を前述した電流不連続モード、電流臨界モードまたは電流連続モードの何れで動作させるかによって、1周期におけるトランジスタ13のオン時間の割合(以下デューティ比という)を変える。デューティ比は制御電圧Vg1aのパルス幅を変えることで変更できる。
The primary
なお、1次側制御IC11は、スイッチング電源装置10の出力電圧(直流電圧)とその期待値との誤差を示す誤差信号を受け、その誤差信号に基づいて、デューティ比を適切な値へ調整するようにしてもよい。
The primary
また、1次側制御IC11は、基準電位(以下では0Vとするが、特に0Vに限定されない)となる端子(以下GNDという)に接続される。
遅延回路12は、制御電圧Vg1aを遅延したゲート電圧Vg1を生成してトランジスタ13のゲート端子に供給する。制御電圧Vg1aを遅延する遅延時間は、同期整流回路15が出力する制御信号cntによって調整可能である。
Further, the primary
The
トランジスタ13は、トランス14の1次巻き線14aの一端に接続されたドレイン端子と、GNDに接続されたソース端子と、遅延回路12に接続されたゲート端子とを有する。トランジスタ13は、ゲート電圧Vg1に基づいてスイッチング動作を行う。
The
トランス14は、1次巻き線14a、2次巻き線14b、コア14dを有する。図1では模式的に図示されているが、1次巻き線14a、2次巻き線14bは、コア14dに巻き付けられている。なお、各巻き線の一端の近傍に示されている黒丸は各巻き線の巻き始めの位置を示している。
The
1次巻き線14aの一端はトランジスタ13のドレイン端子に接続される。1次巻き線14aの他端は、図示を省略しているが、スイッチング電源装置10がAC/DCコンバータの場合、交流電圧を整流する整流部に接続され、スイッチング電源装置10がDC/DCコンバータの場合には、直流電源に接続される。2次巻き線14bの一端は、スイッチング電源装置10の出力端子OUTに接続される。2次巻き線14bの他端は、同期整流回路15に接続される。
One end of the primary winding 14a is connected to the drain terminal of the
同期整流回路15は、トランジスタ15a、ダイオード15b、2次側制御回路(以下2次側制御ICという)15c、制御電圧生成回路15d、遅延時間制御回路15e、抵抗素子15fを有する。なお、トランジスタ13と同様、以下では、トランジスタ15aは、nチャネル型のFETであるものとする。
The
トランジスタ15aは、2次巻き線14bの一端に接続されたドレイン端子と、GNDに接続され基準電位となるソース端子と、制御電圧生成回路15dから供給される制御電圧(以下ゲート電圧Vg2という)が印加されるゲート端子を有する。トランジスタ15aは、ゲート電圧Vg2に基づいて、スイッチング動作を行う。
The
ダイオード15bは、1次側スイッチと2次側スイッチが両方オフになるデッドタイムにおいても負荷側に電流が流れるように設けられている。ダイオード15bのカソードは、2次巻き線14bの一端に接続され、アノードはGNDに接続され基準電位となる。
The
なお、トランジスタ15aがSi−MOSFETである場合には、ダイオード15bは、Si−MOSFET内に形成されるボディダイオードであってもよい。
2次側制御IC15cは、抵抗素子15fを介してトランジスタ15aのドレイン端子に接続されており、ドレイン電流Id2の変化に応じて変化するドレイン電圧Vd2を検出する。そして、2次側制御IC15cは、ドレイン電圧Vd2に基づいて、トランジスタ15aのスイッチング動作を制御する制御電圧Vg2aを出力する。
When the
The
なお、2次側制御IC15cは、ドレイン電圧Vd2を整流することで生成される電源電圧で動作する。電源電圧を生成する回路については、図1では図示が省略されている。また、2次側制御IC15cは、GNDに接続される。
The
制御電圧生成回路15dは、制御電圧Vg1aと、制御電圧Vg2aとに基づいて、ゲート電圧Vg2を生成する。
制御電圧生成回路15dは、たとえば、図1に示すように、反転増幅器(インバータ)15d1、AND(論理積)回路15d2、増幅器15d3を有する。なお、図示を省略しているが、これらの各素子は、たとえば、出力端子OUTに接続されており、出力端子OUTにおける出力電圧を電源電圧として用いることができる。
The control
The control
反転増幅器15d1の入力端子には、制御電圧Vg1aが供給され、制御電圧Vg1aの論理レベルを反転した電圧を出力する。
AND回路15d2は、制御電圧Vg1aの論理レベルを反転した電圧と、制御電圧Vg2aとの論理積を演算する。
A control voltage Vg1a is supplied to the input terminal of the inverting amplifier 15d1, and a voltage obtained by inverting the logical level of the control voltage Vg1a is output.
The AND circuit 15d2 calculates the logical product of the voltage obtained by inverting the logical level of the control voltage Vg1a and the control voltage Vg2a.
増幅器15d3は、AND回路15d2の出力電圧を、トランジスタ15aを駆動するために適した値に増幅することでゲート電圧Vg2を生成して出力する。
なお、増幅器15d3は、AND回路15d2の出力電圧が、トランジスタ15aを駆動するために適した値(トランジスタ15aの種類によってこの値は異なる)であれば、設けなくてもよい。
The amplifier 15d3 generates and outputs a gate voltage Vg2 by amplifying the output voltage of the AND circuit 15d2 to a value suitable for driving the
The amplifier 15d3 may not be provided as long as the output voltage of the AND circuit 15d2 is a value suitable for driving the
このような制御電圧生成回路15dは、制御電圧Vg1aがH(High)レベルとなるタイミングでは、AND回路15d2の出力電圧がL(Low)レベルとなる。これによりゲート電圧Vg2もLレベルとなる。このため、制御電圧Vg2aによらず、トランジスタ15aがオフする。
In such a control
なお、Hレベルの電圧は、トランジスタ13,15aがオンする閾値電圧よりも高い電圧であり、Lレベルの電圧は、トランジスタ13,15aがオフする閾値電圧よりも低い電圧(たとえば、0V)である。トランジスタ13,15aが異なる閾値電圧をもつ場合には、トランジスタ13,15aのそれぞれにおいて、Hレベルの電圧やLレベルの電圧はそれぞれ異なっていてもよい。
The H level voltage is higher than the threshold voltage at which the
遅延時間制御回路15eは、ドレイン電圧Vd2に基づいてダイオード15bがオンするオン期間tdoを検出し、オン期間tdoが長いほど、遅延回路12が、制御電圧Vg1aを遅らせる遅延時間が短くなるように制御する。図1に示すように、ダイオード15bがオンする際、ドレイン電圧Vd2は、ダイオード15bの順方向電圧Vf分小さくなる(絶対値は大きくなる)。遅延時間制御回路15eは、この変化を検出することで、オン期間tdoを検出する。
The delay
以下、スイッチング電源装置10の動作を説明する前に、前述の電流不連続モード、電流臨界モード、電流連続モードについて説明する。
図2は、3つの動作モードの電流波形の一例を示す図である。
Hereinafter, before explaining the operation of the switching power supply device 10, the above-mentioned current discontinuous mode, current critical mode, and current continuous mode will be described.
FIG. 2 is a diagram showing an example of current waveforms of the three operation modes.
波形20aは、電流不連続モードにおける、1次側回路部のトランジスタ13のドレイン電流Id1の波形であり、波形21aは、電流不連続モードにおける、2次側回路部の同期整流回路15のトランジスタ15aのドレイン電流Id2の波形を示している。波形20bは、電流臨界モードにおける、トランジスタ13のドレイン電流Id1の波形であり、波形21bは、電流臨界モードにおける、トランジスタ15aのドレイン電流Id2の波形を示している。波形20cは、電流連続モードにおける、トランジスタ13のドレイン電流Id1の波形であり、波形21cは、電流連続モードにおける、トランジスタ15aのドレイン電流Id2の波形を示している。
The
ただし、図2では、電流連続モードの波形21cは、図1に示した、遅延回路12、制御電圧生成回路15d、及び遅延時間制御回路15eを用いない場合の、ドレイン電流Id2の波形を示している。つまり、制御電圧Vg1aにより直接トランジスタ13が駆動され、制御電圧Vg2aにより直接トランジスタ15aが駆動される場合のドレイン電流Id2の波形が示されている。後述する遅延回路12、制御電圧生成回路15d、及び遅延時間制御回路15eを用いた場合の動作と比較するためである。
However, in FIG. 2, the
なお、以下の説明では、トランジスタ13のドレイン端子からソース端子(GNDに接続されている端子)の方向に流れるドレイン電流Id1を正の値とする。一方、トランジスタ15aのソース端子からドレイン端子の方向に流れる(出力端子OUTの方向に向かって流れる)ドレイン電流Id2を正の値とする。
In the following description, the drain current Id1 flowing in the direction from the drain terminal of the
電流不連続モードでは、トランジスタ13,15aのドレイン電流Id1,Id2が両方同時に0Aになる期間ti0aがあり、電流臨界モードでは、トランジスタ13,15aのドレイン電流Id1,Id2が両方同時に0Aになるタイミングti0bがある。これに対し電流連続モードでは、トランジスタ13,15aのドレイン電流Id1,Id2が両方同時に0Aになる期間がない。
In the current discontinuous mode, there is a period ti0a in which the drain currents Id1 and Id2 of the
また、図2に示すように、1周期において、トランジスタ15aがオンする期間tona,tonb,toncは、電流不連続モードの場合が最も短く、電流連続モードの場合が最も長い。
Further, as shown in FIG. 2, the periods tona, tomb, and tonc during which the
制御電圧Vg2aにより直接トランジスタ15aを駆動した場合、図2に示すように、期間toncの直後に逆方向電流(ドレイン端子からソース端子方向に流れる電流)が流れる可能性がある。その理由は、以下の通りである。
When the
トランジスタ13のゲート電圧Vg1がLレベルからHレベルに立ち上がると、トランジスタ13がオンし、ドレイン端子からソース端子の方向にドレイン電流Id1が流れ、トランス14に磁気エネルギーが蓄えられる。このとき、ドレイン電圧Vd1は0Vである。ゲート電圧Vg1がHレベルからLレベルに立ち下がると、トランジスタ13がオフし、ドレイン電流Id1は0Aになる。このとき、ドレイン電圧Vd1が0Vから上昇する。
When the gate voltage Vg1 of the
また、トランジスタ13がオフすると、トランス14に蓄えられた磁気エネルギーにより、まず、ダイオード15bがオンして、アノードからカソードの方向にダイオード電流Idが流れる。このときドレイン電圧Vd2は、負の値に変化し、その変化を2次側制御IC15cが検出したとき、2次側制御IC15cは、制御電圧Vg2aをLレベルからHレベルに立ち上げる。
When the
2次側制御IC15cは、ドレイン電流Id2の減少に伴いドレイン電圧Vd2が上昇し、ある閾値を超えたとき、制御電圧Vg2aをHレベルからLレベルに立ち下げる。しかし、ドレイン電圧Vd2がその閾値を超える前に(蓄えられた磁気エネルギーが消滅しきらないうちに)、トランジスタ13がオンすることによりドレイン電圧Vd1が0Vに下がる。これにより、2次側回路部では、制御電圧Vg2aがHレベルであるにもかかわらず(トランジスタ15aがオン状態であるにもかかわらず)、ドレイン電圧Vd2が大きな正の値に上昇する。このため、トランジスタ15aのドレイン端子からソース端子の方向に、大きな逆方向電流が流れる。つまり、負荷側(出力端子OUT側)から、トランジスタ15a側に大きく電流を引き込む状態となり、高いドレイン電圧と大きな逆方向電流により、大きな電力損失が生じることになる。
The
このような逆方向電流による電力損失を削減するために、図1に示すような、遅延回路12と制御電圧生成回路15dが設けられている。
図3は、遅延回路と制御電圧生成回路とを用いた場合のスイッチング電源装置の動作波形の一例を示す図である。上から、制御電圧Vg1a、遅延回路12が出力するゲート電圧Vg1、ドレイン電圧Vd1,Vd2、ゲート電圧Vg2、ドレイン電流Id2とダイオード電流Idの波形を示している。図3において、横軸は時間を表し、縦軸は、電圧波形を示すグラフでは電圧を表し、電流波形を示すグラフでは電流を表す。
In order to reduce the power loss due to such a reverse current, a
FIG. 3 is a diagram showing an example of an operation waveform of a switching power supply device when a delay circuit and a control voltage generation circuit are used. From the top, the waveforms of the control voltage Vg1a, the gate voltage Vg1 output by the
なお、図3では、図1に示した、遅延時間制御回路15eを用いない場合の、動作波形が示されている。後述する遅延時間制御回路15eを用いた場合の動作と比較するためである。
Note that FIG. 3 shows an operation waveform when the delay
制御電圧Vg1aがLレベルからHレベルに立ち上がると(タイミングt1)、制御電圧生成回路15dのAND回路15d2の出力電圧がLレベルとなる。これによりゲート電圧Vg2もLレベルとなる。このため、トランジスタ15aがオフする。ゲート電圧Vg1がLレベルからHレベルに立ち上がって(タイミングt2)、トランジスタ13が、オンする前に、トランジスタ15aがオフするため、波形22aで示されるトランジスタ15aのドレイン電流Id2における、逆方向電流の発生が抑制される。
When the control voltage Vg1a rises from the L level to the H level (timing t1), the output voltage of the AND circuit 15d2 of the control
しかし、タイミングt1からタイミングt2まで、トランジスタ13,15aが同時にオフするデッドタイムが生じることで、波形22bで示されるダイオード電流Idが流れる。ダイオード電流Idが流れることで、ドレイン電圧Vd2が、ダイオード15bの順方向電圧Vf分、降下する。
However, from the timing t1 to the timing t2, a dead time occurs in which the
ダイオード15bの順方向電圧Vf(絶対値が0.7V程度である)は、オン状態のトランジスタ15aのドレイン電圧Vd2(絶対値が数ミリV程度である)よりも大きい。そのため、トランジスタ13,15aが両方オフとなるデッドタイムが長くなりダイオード電流Idが流れる期間が長くなると、電力損失が大きくなる。
The forward voltage Vf (absolute value is about 0.7V) of the
第1の実施の形態のスイッチング電源装置10は、このようなダイオード電流Idが流れる期間を以下のように短縮する。
図1に示すように、遅延時間制御回路15eは、ドレイン電圧Vd2に基づいて、ダイオード15bのオン期間tdo(図3のタイミングt1からタイミングt2までの期間)を検出する。前述のように、ダイオード電流Idが流れることで、ドレイン電圧Vd2が、ダイオード15bの順方向電圧Vf分、降下するため、遅延時間制御回路15eは、ドレイン電圧Vd2に基づいて、オン期間tdoを検出することができる。オン期間tdoの検出の仕方の例については後述する。
The switching power supply device 10 of the first embodiment shortens the period during which such a diode current Id flows as follows.
As shown in FIG. 1, the delay
そして、遅延時間制御回路15eは、オン期間tdoが長いほど、遅延回路12が制御電圧Vg1aを遅らせる時間が短くなるように制御する。制御信号cntの電圧値が大きいほど遅延時間が小さくなる遅延回路12の場合、遅延時間制御回路15eは、オン期間tdoが長いほど、大きな電圧値の制御信号cntを出力する。
Then, the delay
図3に示したように、制御電圧Vg1aの遅延時間が短いほど、オン期間tdoが短くなる。そのため、遅延時間制御回路15eは、オン期間tdoが長いほど、遅延時間が短くなるような制御を行うことで、トランジスタ15aのスイッチング動作の1サイクル当たりにおけるダイオード15bのオン期間tdoが最小化されていく。これにより、ダイオード電流Idによる電力損失を削減できる。
As shown in FIG. 3, the shorter the delay time of the control voltage Vg1a, the shorter the on-period tdo. Therefore, the delay
また、デットタイムの間も、ダイオード電流Idが流れるため、トランジスタ15aのドレイン端子とソース端子間の電圧の上昇が抑えられ、トランジスタ15aが破壊されることを防げる。
Further, since the diode current Id flows during the dead time, the voltage rise between the drain terminal and the source terminal of the
なお、スイッチング電源装置10がPOL電源として用いられる場合、数十〜数百アンペアの大出力電流に対応できるように、トランジスタ15aが大きくなり、その寄生容量も大きくなる。寄生容量が大きくなると、スイッチング動作時の寄生容量への電荷の充放電期間が長くなり、トランジスタ13を駆動するタイミングを適切に制御しなければ、同期整流回路15において逆方向電流が生じる可能性がある。第1の実施の形態のスイッチング電源装置10では、遅延時間制御回路15eが上記のように遅延回路12の遅延時間を制御していくことで、デッドタイムを残しつつもその時間を最小化できる。これにより、逆方向電流の発生を防止して逆方向電流による電力損失をなくすことができるとともに、ダイオード電流Idによる電力損失も削減できる。
When the switching power supply device 10 is used as a POL power supply, the
(第2の実施の形態)
図4は、第2の実施の形態のスイッチング電源装置の一例を示す図である。図4において、図1に示した要素と同じ要素については、同一符号が付されている。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a diagram showing an example of a switching power supply device according to the second embodiment. In FIG. 4, the same elements as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.
スイッチング電源装置30は、図1に示した遅延回路12の一例である波形成形器31を有する。
波形成形器31は、制御信号cntに基づいた度合いで、1次側制御IC11が出力する矩形波である制御電圧Vg1aの電圧波形を変形することで、制御電圧Vg1aに対して立ち上がり時間、及び立ち下がり時間が遅延したゲート電圧Vg1を出力する。
The switching power supply device 30 has a
The
図5は、波形成形器の一例を示す図である。
波形成形器31は、可変容量素子31a、抵抗素子31b、インダクタ素子31c、可変容量素子31d、抵抗素子31eを有する。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a corrugated molding machine.
The
可変容量素子31aと抵抗素子31bによる並列回路の一端は、1次側制御IC11に接続され、他端は、インダクタ素子31cを介して、トランジスタ13のゲート端子に接続される。
One end of the parallel circuit consisting of the
可変容量素子31dと抵抗素子31eによる並列回路の一端は、トランジスタ13のゲート端子に接続され、他端はGNDに接続される。
可変容量素子31a,31dは、たとえば、バラクタダイオードであり、制御信号cntの電圧値に基づいて、容量値(キャパシタンス値)を変える。以下では、可変容量素子31a,31dは、制御信号cntの電圧値が大きいほど、小さな容量値をもつものとして説明する。
One end of the parallel circuit consisting of the
The
このような波形成形器31では、制御信号cntの電圧値が大きくなるほど、制御電圧Vg1aに対する立ち上がり時間、及び立ち上がり時間の遅延が小さいゲート電圧Vg1が生成される。
In such a
図6は、波形成形器の他の例を示す図である。
波形成形器34は、可変容量素子34a1〜34an、抵抗素子34b1〜34bn、インダクタ素子34c1〜34cn、可変容量素子34d1〜34dn、抵抗素子34e1〜34enを有する。
FIG. 6 is a diagram showing another example of the corrugated molding machine.
The
波形成形器34は、図5に示した波形成形器31と同じ回路が、n(n≧2)段、1次側制御IC11と、トランジスタ13のゲート端子との間に直列に接続された回路である。
The
このような波形成形器34を図5に示した波形成形器31の代わりに用いることで、波形成形器31よりも細かい分解能で遅延量の調整が可能になる。
図7は、波形成形器の入力波形と出力波形の一例を示す図である。図7において、横軸は時間を表し、縦軸は電圧を表す。
By using such a
FIG. 7 is a diagram showing an example of an input waveform and an output waveform of the waveform molding device. In FIG. 7, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents voltage.
入力波形35aは、波形成形器31または波形成形器34に入力される制御電圧Vg1aの時間変化を示している。出力波形35b,35c,35d,35eは、制御信号cntの電圧値を変化させていったときの、波形成形器31または波形成形器34が出力するゲート電圧Vg1の時間変化を示している。
The
たとえば、出力波形35bは、波形成形器31,34において、制御信号cntによる遅延時間の制御が行われない場合のゲート電圧Vg1の時間変化を示す。制御信号cntによる遅延時間の制御が行われる場合、制御信号cntの電圧値が増加していくと、たとえば、出力波形35c,35d,35eのように、立ち上がり時間の遅延が減少していく。
For example, the
図4の説明に戻る。
同期整流回路32において、ダイオード32a、抵抗素子32b、容量素子32cは、2次側制御IC15cを動作させるための直流電圧である電源電圧を生成する。
Returning to the description of FIG.
In the
ダイオード32aのアノードは2次巻き線14bに接続され、カソードは抵抗素子32bの一端に接続される。抵抗素子32bの他端は、容量素子32cの一端及び2次側制御IC15cの電源端子に接続される。容量素子32cの他端はGNDに接続される。
The anode of the
遅延時間制御回路32dは、減衰器32d1、電圧反転器32d2、比較器32d3、整流回路32d4、比較器32d5、参照信号発生源32d6、結合器32d7、整流回路32d8、電圧反転器32d9を有する。
The delay
減衰器32d1は、ドレイン電圧Vd2を、電圧反転器32d2の入力に適した値に減衰する。減衰器32d1は、たとえば、抵抗素子を用いて実現できる。
電圧反転器32d2は、減衰器32d1の出力信号の電圧値の極性(正負)を反転する。電圧反転器32d2は、たとえば、反転増幅器である。
The attenuator 32d1 attenuates the drain voltage Vd2 to a value suitable for the input of the voltage reversing device 32d2. The attenuator 32d1 can be realized by using, for example, a resistance element.
The voltage inverter 32d2 inverts the polarity (positive or negative) of the voltage value of the output signal of the attenuator 32d1. The voltage inverting device 32d2 is, for example, an inverting amplifier.
比較器32d3は、非反転入力端子に供給される電圧反転器32d2の出力信号の電圧値と、反転入力端子に印加される参照電圧Vrefとの比較結果を出力する。比較器32d3は、電圧反転器32d2の出力信号の電圧値が、参照電圧Vrefより大きい場合に、Hレベルの信号を出力し、参照電圧Vrefより小さい場合に、Lレベルの信号を出力する。 The comparator 32d3 outputs a comparison result between the voltage value of the output signal of the voltage inverting device 32d2 supplied to the non-inverting input terminal and the reference voltage Vref applied to the inverting input terminal. The comparator 32d3 outputs an H level signal when the voltage value of the output signal of the voltage reversing device 32d2 is larger than the reference voltage Vref, and outputs an L level signal when the voltage value is smaller than the reference voltage Vref.
参照電圧Vrefは、トランジスタ15aがオン状態のときのドレイン電流Id2と、トランジスタ15aのオン抵抗との積に、減衰器32d1での減衰率を乗じた値になるように、予め設定されている。
The reference voltage Vref is preset so as to be a value obtained by multiplying the product of the drain current Id2 when the
整流回路32d4は、比較器32d3の出力信号を整流して、直流電圧を出力する。整流回路32d4は、たとえば、図4に示されているように、ダイオード32d41、容量素子32d42、抵抗素子32d43を有する。ダイオード32d41のアノードには、比較器32d3の出力端子が接続され、ダイオード32d41のカソードには、比較器32d5の反転入力端子が接続される。容量素子32d42の一端と抵抗素子32d43の一端は、ダイオード32d41のカソードに接続され、容量素子32d42の他端と抵抗素子32d43の他端は、GNDに接続される。 The rectifier circuit 32d4 rectifies the output signal of the comparator 32d3 and outputs a DC voltage. The rectifier circuit 32d4 has, for example, a diode 32d41, a capacitance element 32d42, and a resistance element 32d43, as shown in FIG. The output terminal of the comparator 32d3 is connected to the anode of the diode 32d41, and the inverting input terminal of the comparator 32d5 is connected to the cathode of the diode 32d41. One end of the capacitance element 32d42 and one end of the resistance element 32d43 are connected to the cathode of the diode 32d41, and the other end of the capacitance element 32d42 and the other end of the resistance element 32d43 are connected to the GND.
比較器32d5は、反転入力端子に供給される直流電圧と、非反転入力端子に供給される参照信号の電圧値との比較結果を出力する。比較器32d5は、直流電圧が、参照信号の電圧値より大きい場合に、Lレベルの信号を出力し、参照信号の電圧値より小さい場合に、Hレベルの信号を出力する。 The comparator 32d5 outputs a comparison result between the DC voltage supplied to the inverting input terminal and the voltage value of the reference signal supplied to the non-inverting input terminal. The comparator 32d5 outputs an L level signal when the DC voltage is larger than the voltage value of the reference signal, and outputs an H level signal when the DC voltage is smaller than the voltage value of the reference signal.
参照信号発生源32d6は、参照信号として、電圧波形が三角波となる信号(たとえば、鋸波状の信号)を発生する。参照信号発生源32d6は、1次側制御IC11が出力する制御電圧Vg1aの周波数に同期して、その周波数と同じ周波数の参照信号を発生してもよいし、制御電圧Vg1aとは独立に、その周波数の1〜10倍程度の周波数の参照信号を発生してもよい。参照信号の振幅は、たとえば、整流回路32d4が出力する直流電圧が0Vのときに、比較器32d5の出力信号のデューティ比が0.5になるように設定される。 The reference signal generation source 32d6 generates a signal whose voltage waveform is a triangular wave (for example, a sawtooth signal) as a reference signal. The reference signal generation source 32d6 may generate a reference signal having the same frequency as the frequency of the control voltage Vg1a output by the primary control IC11, or independently of the control voltage Vg1a. A reference signal having a frequency of about 1 to 10 times the frequency may be generated. The amplitude of the reference signal is set so that the duty ratio of the output signal of the comparator 32d5 becomes 0.5 when the DC voltage output by the rectifier circuit 32d4 is 0V, for example.
結合器32d7は、比較器32d5の出力信号を、整流回路32d8に伝達する。ただし、結合器32d7は、比較器32d5の出力端子と、整流回路32d8の入力端子とを電気的に絶縁することで、1次側または2次側の一方で電気的な短絡が生じた場合、その影響が他方に伝わらないようにする。 The coupler 32d7 transmits the output signal of the comparator 32d5 to the rectifier circuit 32d8. However, when the coupler 32d7 electrically insulates the output terminal of the comparator 32d5 and the input terminal of the rectifier circuit 32d8, an electrical short circuit occurs on either the primary side or the secondary side. Make sure that the effect is not transmitted to the other.
結合器32d7は、たとえば、図4に示すようにトランスであり、巻き線32d71,32d72、コア32d73を有する。巻き線32d71の一端は、比較器32d5の出力端子に接続され、巻き線32d72の一端は、整流回路32d8の入力端子に接続される。巻き線32d71,32d72の他端は、GNDに接続される。図4では模式的に図示されているが、巻き線32d71,32d72は、コア32d73に巻き付けられている。なお、結合器32d7は、フォトカプラなどであってもよい。 The coupler 32d7 is, for example, a transformer as shown in FIG. 4, and has windings 32d71, 32d72 and a core 32d73. One end of the winding 32d71 is connected to the output terminal of the comparator 32d5, and one end of the winding 32d72 is connected to the input terminal of the rectifier circuit 32d8. The other ends of the windings 32d71 and 32d72 are connected to the GND. Although schematically shown in FIG. 4, the windings 32d71 and 32d72 are wound around the core 32d73. The coupler 32d7 may be a photocoupler or the like.
整流回路32d8は、結合器32d7を介して伝達された比較器32d5の出力信号を整流して、直流電圧を出力する。整流回路32d8は、整流回路32d4と同じ回路で実現でき、ダイオード32d81、容量素子32d82、抵抗素子32d83を有する。 The rectifier circuit 32d8 rectifies the output signal of the comparator 32d5 transmitted via the coupler 32d7 and outputs a DC voltage. The rectifier circuit 32d8 can be realized by the same circuit as the rectifier circuit 32d4, and has a diode 32d81, a capacitance element 32d82, and a resistance element 32d83.
電圧反転器32d9は、整流回路32d8が出力する直流電圧が大きいほど、小さい電圧値の制御信号cntを出力する。電圧反転器32d9は、たとえば、反転増幅器である。 The voltage reversing device 32d9 outputs a control signal ct with a smaller voltage value as the DC voltage output by the rectifier circuit 32d8 is larger. The voltage inverting device 32d9 is, for example, an inverting amplifier.
図1に示した同期整流回路15の遅延時間制御回路15eも、遅延時間制御回路32dと同様の回路で実現できる。
スイッチング電源装置30の容量素子33は、リップル電圧を低減するために設けられている。容量素子33の一端は出力端子OUTに接続され、他端はGNDに接続される。
The delay
The
以下、上記のようなスイッチング電源装置30の同期整流回路32における遅延時間制御回路32dの動作を説明する。他の動作については、第1の実施の形態のスイッチング電源装置10の動作と同じである。
Hereinafter, the operation of the delay
ドレイン電圧Vd2は、減衰器32d1によって減衰され、ドレイン電圧Vd2に比例した電圧として電圧反転器32d2に供給される。電圧反転器32d2の出力信号と、参照電圧Vrefと、比較器32d3の出力信号は、たとえば、以下のようになる。 The drain voltage Vd2 is attenuated by the attenuator 32d1 and supplied to the voltage reverser 32d2 as a voltage proportional to the drain voltage Vd2. The output signal of the voltage inverter 32d2, the reference voltage Vref, and the output signal of the comparator 32d3 are, for example, as follows.
図8は、電圧反転器の出力信号と参照電圧と比較器の出力信号の一例を示すタイミングチャートである。
電圧反転器32d2の出力信号の電圧値は、ダイオード15bがオンするオン期間tdoでは、参照電圧Vrefよりも大きくなる。
FIG. 8 is a timing chart showing an example of the output signal of the voltage reverser, the reference voltage, and the output signal of the comparator.
The voltage value of the output signal of the voltage reversing device 32d2 becomes larger than the reference voltage Vref in the on-period tdo when the
したがって、比較器32d3の出力信号は、オン期間tdoの間(たとえば、図8のタイミングt10からタイミングt11までの期間)、Hレベルとなるパルス信号となる。このパルス信号のパルス幅は、オン期間tdoが長いほど、広くなる。つまり、パルス幅は、オン期間tdoを反映している。 Therefore, the output signal of the comparator 32d3 becomes a pulse signal having an H level during the on-period tdo (for example, the period from the timing t10 to the timing t11 in FIG. 8). The pulse width of this pulse signal becomes wider as the on-period tdo is longer. That is, the pulse width reflects the on-period tdo.
整流回路32d4が出力する直流電圧は、パルス幅が長いほど(つまりオン期間tdoが長いほど)大きくなる。
図9は、1つ目の整流回路が出力する直流電圧、参照信号(三角波)、比較器の出力信号及び2つ目の整流回路が出力する直流電圧の一例を示すタイミングチャートである。
The DC voltage output by the rectifier circuit 32d4 increases as the pulse width becomes longer (that is, the longer the on-period tdo is).
FIG. 9 is a timing chart showing an example of the DC voltage output by the first rectifier circuit, the reference signal (triangular wave), the output signal of the comparator, and the DC voltage output by the second rectifier circuit.
電圧V1は、オン期間tdo=tdo1である場合に、整流回路32d4が出力する直流電圧を示し、電圧V2は、オン期間tdo=tdo2(<tdo1)である場合に、整流回路32d4が出力する直流電圧を示している。 The voltage V1 indicates the DC voltage output by the rectifier circuit 32d4 when the on period tdo = tdo1, and the voltage V2 is the DC output by the rectifier circuit 32d4 when the on period tdo = tdo2 (<tdo1). It shows the voltage.
整流回路32d4が出力する直流電圧が小さいほど、参照信号より小さくなる期間が長くなる。そのため、比較器32d5の出力信号のパルス幅が長くなる。
たとえば、整流回路32d4が出力する直流電圧が電圧V2である場合のパルス幅pw1は、直流電圧が電圧V1である場合のパルス幅pw2よりも長い。
The smaller the DC voltage output by the rectifier circuit 32d4, the longer the period during which it becomes smaller than the reference signal. Therefore, the pulse width of the output signal of the comparator 32d5 becomes long.
For example, the pulse width pw1 when the DC voltage output by the rectifier circuit 32d4 is the voltage V2 is longer than the pulse width pw2 when the DC voltage is the voltage V1.
このような比較器32d5の出力信号を、結合器32d7を介して受ける整流回路32d8は、図9のように、比較器32d5の出力信号のパルス幅が短いほど小さい直流電圧を出力する。たとえば、整流回路32d8は、比較器32d5の出力信号が、パルス幅pw1のパルス信号である場合、直流電圧として電圧V2aを出力し、比較器32d5の出力信号が、パルス幅pw2のパルス信号である場合、直流電圧として電圧V1aを出力する。 As shown in FIG. 9, the rectifier circuit 32d8 that receives the output signal of the comparator 32d5 via the coupler 32d7 outputs a smaller DC voltage as the pulse width of the output signal of the comparator 32d5 is shorter. For example, when the output signal of the comparator 32d5 is a pulse signal having a pulse width pw1, the rectifier circuit 32d8 outputs a voltage V2a as a DC voltage, and the output signal of the comparator 32d5 is a pulse signal having a pulse width pw2. In this case, the voltage V1a is output as the DC voltage.
電圧V1,V2は、ダイオード15bのオン期間が現れる周期に依存した周波数である比較器32d3の出力信号(パルス信号)に基づいて生成され、図9に示すように時間によってやや変動し誤差が生じている。三角波の周波数を上げることで、比較器32d5が出力するパルス信号の周波数を上げることができ、そのパルス信号に基づいて整流回路32d8が出力する電圧V1a,V2aの精度をあげることができる。
The voltages V1 and V2 are generated based on the output signal (pulse signal) of the comparator 32d3, which is a frequency depending on the period in which the on-period of the
ただ、整流回路32d8が出力する直流電圧は、ダイオード15bのオン期間tdoが長いほど小さくなるため、電圧反転器32d9は、整流回路32d8が出力する直流電圧が小さいほど、大きな電圧値の制御信号cntが出力されるように電圧反転を行う。
However, the DC voltage output by the rectifier circuit 32d8 becomes smaller as the on-period tdo of the
これによって、オン期間tdoが長いほど、大きな電圧値の制御信号cntが、波形成形器31に供給される。前述のように制御信号cntの電圧値が大きいほど、たとえば、図5に示した可変容量素子31a,31dの容量値が小さくなるため、1次側制御IC11が出力する制御電圧Vg1aに対する遅延時間が短くなる。この遅延時間が短くなると、ダイオード15bのオン期間tdoが短くなる。
As a result, the longer the on-period tdo, the larger the voltage value of the control signal ct is supplied to the
このように、オン期間tdoが長いほど、遅延時間が短くなるような制御を行うことで、トランジスタ15aのスイッチング動作の1サイクル当たりにおけるダイオード15bのオン期間tdoが最小化される。
In this way, by performing control so that the longer the on-period tdo is, the shorter the delay time is, the on-period tdo of the
図10は、ダイオードのオン期間の短縮例を示す図である。図10には、ドレイン電流Id2とダイオード電流Idの電流波形と、ゲート電圧Vg2の電圧波形が示されている。波形36a,37aがトランジスタ15aのドレイン電流Id2を示し、波形36b,37bがダイオード電流Idを示す。
FIG. 10 is a diagram showing an example of shortening the on-period of the diode. FIG. 10 shows the current waveforms of the drain current Id2 and the diode current Id, and the voltage waveform of the gate voltage Vg2.
ダイオード15bのオン期間を期間tdoaから期間tdobに短縮することで、波形37bに示すように、ダイオード電流Idが流れる期間が短縮される。これにより、ダイオード電流Idによる電力損失を削減でき、第1の実施の形態のスイッチング電源装置10と同様の効果が得られる。
By shortening the on period of the
(AC/DCコンバータへの適用例)
上記のようなスイッチング電源装置30は、AC/DCコンバータとして用いることができる。
(Example of application to AC / DC converter)
The switching power supply device 30 as described above can be used as an AC / DC converter.
図11は、フライバック方式のAC/DCコンバータの一例を示す図である。図11において、図4に示した要素と同じ要素については同一符号が付されている。
AC/DCコンバータ40は、整流部41を有している。整流部41は、交流電圧を整流し、整流信号を出力する。整流部41は、たとえば、交流電源41aにヒューズを介して接続されたコモンモードチョークフィルタ、コモンモードチョークフィルタが出力する交流電圧を整流するダイオードブリッジ、ダイオードブリッジが出力する整流信号を平滑化するキャパシタを有する。また、整流部41は、整流信号に含まれる高周波信号をブロックするためのコイルを有していてもよい。
FIG. 11 is a diagram showing an example of a flyback type AC / DC converter. In FIG. 11, the same elements as those shown in FIG. 4 are designated by the same reference numerals.
The AC / DC converter 40 has a rectifying
また、AC/DCコンバータ40は、1次側制御IC43への給電用の容量素子42を有する。容量素子42の一端は、整流部41の出力端子に接続され、他端はGNDに接続される。
Further, the AC / DC converter 40 has a
AC/DCコンバータ40の1次側制御IC43は、トランジスタ13のソース端子とGNDとの間に接続された抵抗素子44に印加される電圧を検出することで、トランジスタ13のソース端子に流れる電流をモニタする。1次側制御IC43は、検出した電流が異常値であるときには、たとえば、トランジスタ13のスイッチング動作を停止する。
The
また、1次側制御IC43には、出力端子OUTの電圧が、フォトカプラを介してフィードバックされ、フィードバックされた電圧に基づいて、AC/DCコンバータ40の出力電圧が一定に保たれるように、デューティ比を適切な値へ調整する。なお、フォトカプラ45にはバイアスを安定化させるためのバイアス安定化回路46が接続される。
Further, the voltage of the output terminal OUT is fed back to the
また、図11のAC/DCコンバータ40の例では、1次側制御IC43が出力する制御電圧Vg1aが、結合器47を介して同期整流回路48の制御電圧生成回路48aに供給される。結合器47は、たとえば、結合器32d7と同様のトランスである。
Further, in the example of the AC / DC converter 40 of FIG. 11, the control voltage Vg1a output from the primary
制御電圧生成回路48aは、結合器47を介して供給された制御電圧Vg1aを、AND回路15d2の入力に適した値に減衰する減衰器48a1を有している。また、制御電圧生成回路48aは、2次側制御IC15cが出力する制御電圧Vg2aを、AND回路15d2の入力に適した値に減衰する。減衰器48a1,48a2は、たとえば、抵抗素子を用いて実現できる。
The control
なお、減衰器48a1,48a2は、結合器47を介して得られる制御電圧Vg1aの大きさや、制御電圧Vg2aの大きさによっては、設けなくてもよい。
以上のようなAC/DCコンバータ40においても、図4に示したスイッチング電源装置30と同様の効果が得られる。
The attenuators 48a1 and 48a2 may not be provided depending on the size of the control voltage Vg1a obtained via the
In the AC / DC converter 40 as described above, the same effect as that of the switching power supply device 30 shown in FIG. 4 can be obtained.
(DC/DCコンバータへの適用例)
また、上記のようなスイッチング電源装置30は、DC/DCコンバータとして用いることもできる。
(Example of application to DC / DC converter)
Further, the switching power supply device 30 as described above can also be used as a DC / DC converter.
図12は、DC/DCコンバータの一例を示す図である。図12において、図11に示した要素と同じ要素については同一符号が付されている。
DC/DCコンバータ50は、図11に示した整流部41がなく、容量素子42の一端に、直流電流源50aが接続されている以外は、AC/DCコンバータ40と同じである。
FIG. 12 is a diagram showing an example of a DC / DC converter. In FIG. 12, the same elements as those shown in FIG. 11 are designated by the same reference numerals.
The DC / DC converter 50 is the same as the AC / DC converter 40 except that the rectifying
図12に示すようなDC/DCコンバータ50においても、図4に示したスイッチング電源装置30と同様の効果が得られる。
以上、実施の形態に基づき、本発明の同期整流回路及びスイッチング電源装置の一観点について説明してきたが、これらは一例にすぎず、上記の記載に限定されるものではない。
In the DC / DC converter 50 as shown in FIG. 12, the same effect as that of the switching power supply device 30 shown in FIG. 4 can be obtained.
Although one viewpoint of the synchronous rectifier circuit and the switching power supply device of the present invention has been described above based on the embodiment, these are merely examples and are not limited to the above description.
たとえば、図1のトランジスタ13,15aなどはnチャネル型のFETであるものとして説明したが、pチャネル型のFETであってもよい。
For example, although the
10 スイッチング電源装置
11 1次側制御回路(制御IC)
12 遅延回路
13,15a トランジスタ
14 トランス
14a 1次巻き線
14b 2次巻き線
14d コア
15 同期整流回路
15b ダイオード
15c 2次側制御回路(制御IC)
15d 制御電圧生成回路
15d1 反転増幅器
15d2 AND回路
15d3 増幅器
15e 遅延時間制御回路
15f 抵抗素子
cnt 制御信号
Id ダイオード電流
Id1,Id2 ドレイン電流
OUT 出力端子
tdo オン期間
Vd1,Vd2 ドレイン電圧
Vf 順方向電圧
Vg1,Vg2 ゲート電圧
Vg1a,Vg2a 制御電圧
10
12
15d control voltage generation circuit 15d1 inverting amplifier 15d2 AND
Claims (5)
カソードが前記2次巻き線の一端に接続され、アノードが前記基準電位となるダイオードと、
前記第1の端子の第1の電圧に基づいて、前記第1のトランジスタのスイッチング動作を制御する第2の制御電圧を出力する第1の制御回路と、
前記トランスの1次巻き線の一端に接続される第2のトランジスタにおけるスイッチング動作を制御する第2の制御回路が出力する第3の制御電圧と、前記第2の制御電圧とに基づいて、前記第1の制御電圧を生成する制御電圧生成回路と、
前記第1の電圧に基づいて前記ダイオードがオンするオン期間を検出し、前記オン期間が長いほど、前記第2の制御回路と前記第2のトランジスタとの間に設けられる遅延回路が前記第3の制御電圧を遅らせる遅延時間が短くなるように制御する遅延時間制御回路と、
を有する同期整流回路。 A first terminal connected to one end of the secondary winding of a transformer included in a synchronous rectification type switching power supply, a second terminal serving as a reference potential, and a third to which a first control voltage is applied. A first transistor having a terminal and performing a switching operation based on the first control voltage,
A diode in which the cathode is connected to one end of the secondary winding and the anode is the reference potential.
A first control circuit that outputs a second control voltage that controls the switching operation of the first transistor based on the first voltage of the first terminal.
Based on the third control voltage output by the second control circuit that controls the switching operation in the second transistor connected to one end of the primary winding of the transformer, and the second control voltage. A control voltage generation circuit that generates the first control voltage,
The on-period during which the diode is turned on is detected based on the first voltage, and the longer the on-period is, the more the delay circuit provided between the second control circuit and the second transistor is the third. A delay time control circuit that controls the delay time to delay the control voltage of
Synchronous rectifier circuit with.
請求項1に記載の同期整流回路。 The delay time control circuit generates a first pulse signal in which the on period is reflected in the pulse width based on the first voltage, and rectifies the first pulse signal based on the pulse width. A first DC voltage of the same magnitude is generated, and a control signal for controlling the delay time is generated based on the first DC voltage.
The synchronous rectifier circuit according to claim 1.
請求項2に記載の同期整流回路。 The delay time control circuit generates a third voltage by reversing the polarity of the second voltage proportional to the first voltage when the first transistor is on, and the first transistor generates a third voltage. The first pulse signal, which is the result of comparison between the reference voltage proportional to the product of the current flowing through the first transistor and the resistance of the first transistor when is on, and the third voltage. Generate,
The synchronous rectifier circuit according to claim 2.
請求項2または3に記載の同期整流回路。 The delay time control circuit generates a second pulse signal based on the result of comparison between the first DC voltage and the reference signal which is a triangular wave, and is based on the result of rectifying the second pulse signal. Generate the control signal,
The synchronous rectifier circuit according to claim 2 or 3.
前記1次巻き線の一端に接続される第1のトランジスタと、
前記第1のトランジスタにおけるスイッチング動作を制御する第1の制御電圧を出力する第1の制御回路と、
前記第1の制御電圧を、遅延して前記第1のトランジスタに供給する遅延回路と、
前記2次巻き線の一端に接続された第1の端子と、基準電位となる第2の端子と、第2の制御電圧が印加される第3の端子とを有し、前記第2の制御電圧に基づいてスイッチング動作を行う第2のトランジスタと、
カソードが前記2次巻き線の一端に接続され、アノードが前記基準電位となるダイオードと、
前記第1の端子の第1の電圧に基づいて、前記第2のトランジスタのスイッチング動作を制御する第3の制御電圧を出力する第2の制御回路と、
前記第1の制御電圧と、前記第3の制御電圧とに基づいて、前記第2の制御電圧を生成する制御電圧生成回路と、
前記第1の電圧に基づいて前記ダイオードがオンするオン期間を検出し、前記オン期間が長いほど、前記遅延回路が前記第1の制御電圧を遅らせる遅延時間が短くなるように制御する遅延時間制御回路と、
を有するスイッチング電源装置。 A transformer containing a primary winding and a secondary winding,
The first transistor connected to one end of the primary winding and
A first control circuit that outputs a first control voltage that controls a switching operation in the first transistor, and a first control circuit.
A delay circuit that delays the first control voltage and supplies it to the first transistor.
It has a first terminal connected to one end of the secondary winding, a second terminal serving as a reference potential, and a third terminal to which a second control voltage is applied, and the second control A second transistor that performs switching operation based on voltage,
A diode in which the cathode is connected to one end of the secondary winding and the anode is the reference potential.
A second control circuit that outputs a third control voltage that controls the switching operation of the second transistor based on the first voltage of the first terminal.
A control voltage generation circuit that generates the second control voltage based on the first control voltage and the third control voltage.
Delay time control that detects the on-period during which the diode is turned on based on the first voltage, and controls so that the longer the on-period is, the shorter the delay time for the delay circuit to delay the first control voltage. Circuit and
Switching power supply with.
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